CN110542431B - 一种目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法，包括：确定航向天线阵的中心位置，将该中心位置作为一第一圆弧的圆心；选取所述第一圆弧的半径，并在所述航向天线阵的前方区域作出所述第一圆弧；采用一对长度相同的绳子在所述第一圆弧上标记所述第一圆弧的零度方位点；在所述第一圆弧上定位并标记各个度量点的位置；根据所需精度在所述第一圆弧上进行1°和0.1°间隔定位和标记。本发明可以针对天线所在地形的实际情况，自由选择圆弧的测试半径，测试不依赖专业仪器，如经纬仪，也免去大工程的场地施工，如在草地中专门除草并铺设水泥地面。本发明省事省力，并可以实现高精度的测试定位。

Description

一种目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年6月11日提交的申请号为201910502568.6的中国发明专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入此案。

技术领域

本发明涉及实地几何测量定位技术，尤其涉及一种目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法。

背景技术

目前，作为引导飞机降落的无线电设备，仪表着陆系统，在传统导航中有着重要地位。

对于新建的导航设备，为了解信号分布准备性，以及满足对信号的调试需要，需要在导航设备的航向天线阵的近场位置根据不同的天线阵选择合适的测试半径来作一圆弧，测试半径一般就简单的选择为150m，并在该圆弧上施工，用专业仪器，如经纬仪等，进行标注来实现定位，其精度可以达到度量级(1°)。

然而，采用专业仪器，如经纬仪等，进行定位，需要用到专业的测量仪器，因此成本较高。

此外，对于不同天线阵，如12单元，16单元，20单元等，其天线阵全长不等，每种不同的天线阵所对应的近场监控天线距离不一样，所以需要的测试半径选取也有所不同。然而，由于根据场地实际情况出发，天线阵所对应的测试半径需要规避某些位置，因此常规的定位方法对地形的要求较高，使得圆弧的测试半径无法根据天线阵的类型任意调整。如半径为100m处的圆弧上有多处水坑，或是杂草异常茂盛，草高几十厘米，不便涉足；亦或，在半径为200m处的圆弧上，存在多个行车道路，对测试影响较大。所以，地形同样可能导致某些长度的测试半径无法直接选择，而必须通过对地形进行修改后才能选择。例如，若跑道端前方300m附近的位置为影响测试的地区，这个区域一般是沙石草地，则无法直接选择150m的长度作为测试半径，从工程上来说，需要专门铺设一个圆弧型的水泥平台来放置经纬仪，并且需要将目标圆弧所在区域进行区域加工，将此圆弧区铺设成水泥地面，并作刻度标记，这需要数天来完成这项工作，因此效率低下。

发明内容

本发明旨在提供一种目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法，以低成本地在短时间内直接实现目标点的定位，实现灵活选取半径值和高精度定位。

为了实现上述目的，本发明提供一种目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法，包括：

S1：确定航向天线阵的中心位置，将该中心位置作为一第一圆弧的圆心；

S2：选取所述第一圆弧的半径，并在所述航向天线阵的前方区域作出所述第一圆弧；

S3：采用一对长度相同的绳子在所述第一圆弧上标记所述第一圆弧的零度方位点；

S4：在所述第一圆弧上定位并标记各个度量点的位置；

S5：根据所需精度在所述第一圆弧上进行1°和0.1°间隔定位和标记。

在所述步骤S3-S5中，在进行标记时采用的标记方法为：若所述航向天线阵的前方区域为草地或沙地，则采用杆体插入土地来标记；若所述航向天线阵的前方区域为水泥地或柏油地，则采用喷漆方法标记。

在步骤S4中，在标记各个度量点的位置时，若采用杆体插入土地来标记，则在杆体上绑布块写明度数，若采用喷漆方法标记，则在度量点外侧喷画出度数。

在所述步骤S1中，所述航向天线阵包括多个平行等间隔排列的天线。若该天线的数目为奇数，则位于最中心的天线的几何中心为航向天线阵的中心位置，若天线的数目为偶数，位于最中间的两个天线的几何中心连线的中点为航向天线阵的中心位置。

在所述步骤S2中，所述第一圆弧的半径根据航向天线阵的前方区域地形地貌，在50m到200m之间选取。

所述步骤S3包括：

S31：采用一对长度相同的绳子，分别以一端为基准端进行标记，得到标记点；

S32：以第一圆弧的圆心为射线端点，分别将这两个绳子的基准端固定在所述航向天线阵的最外侧的两个天线上，拉动绳子使两个绳子的标记点分别相交于航向天线阵正前方，并标记相交点；

S33：将所述第一圆弧的圆心到相交点的线段记为零度方位，并将零度方位与所述第一圆弧的交点标记为所述第一圆弧的零度方位点。

在所述步骤S31中，所述标记点为第一、第二、第三标记点；

在所述步骤S32中，所述标记点为第一、第二、第三标记点，且所述相交点为第一、第二、第三相交点。

在该步骤S33中，还包括：确认所述第一圆弧的圆心、第一、第二、第三相交点是否在同一直线上，若不在同一直线上，则重复步骤S31-S32；或者包括：在每个相交点上固定一绳子，分别测量每个相交点到最外侧的两个天线11的距离是否相同，若不相同，则重复步骤S31-S32。

所述绳子的长度大于所述第一圆弧的半径r，所述第一、第二、第三标记点分别位于相对于基准端长度为r+10m，r和r-10m的位置。

在所述步骤S4中，所述度量点包括：5°点、10°点、15°点、20°点、25°点、30°点、35°点和40°点，所述步骤S4包括：

S41：在所述第一圆弧上定位40°点，包括：

S411：计算40°弦的长度；

S412：制作一个具有40°弦的长度的绳子，以零度方位点为圆心作一第二圆弧，并将该第二圆弧与第一圆弧的交点标记为40°点；

S42：在所述第一圆弧上定位20°点，包括：

S421：计算20°弦的长度；

S422：制作一个具有20°弦的长度的绳子，以零度方位点为圆心作一第三圆弧，并将该第三圆弧与第一圆弧的交点标记为20°点；

S43：在所述第一圆弧上定位10°点，包括：

S431：计算10°弦的长度；

S432：制作一个具有10°弦的长度的绳子，以零度方位点、20°点为圆心分别作一第四圆弧，并将该第四圆弧与第一圆弧的交点标记为10°点和30°点；

S44：在所述第一圆弧上定位5°点，包括：

S441：计算5°弦的长度；

S442：制作一个具有5°弦的长度的绳子，以零度方位点、10°点、20°点和30°点为圆心分别作一第五圆弧，并将该第五圆弧与第一圆弧的交点标记为5°点、15°点、25°点、35°点。

所述步骤S5包括：

S51：进行1°间隔定位和标记；

S52：确定高精度定位区域；

S53：在高精度定位区域进行0.1°间隔定位和标记。

所述步骤S52包括：对在所述第一圆弧的半径的距离下的航道和余隙信号的信号幅值的分布曲线进行比较，得到两者的等值点所对应的方位角，将等值点所对应的方位角附近的区域定义为高精度定位区域。

本发明的目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法可以这样可以根据不同天线种类，不同场地情况，自由选择圆弧的测试半径，从而更灵活的进行施工与测试，测试不依赖专业仪器，如经纬仪，因而也免去大工程的场地施工，如在草地中专门除草并铺设水泥地面。本发明省事省力，并可以实现高精度的测试定位。

附图说明

图1是本发明的目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法在标记第一圆弧的零度方位点时的原理图。

图2A-2D是本发明的目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法在定位并标记各个度量点的位置时的原理图，其中图2A表示定位40°点时的原理图，图2B表示定位20°点时的原理图，图2C表示定位10°点时的原理图，图2D表示定位5°点时的原理图。

图3是本发明的目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法在在所述第一圆弧上进行1°和0.1°间隔定位和标记时的原理图。

图4是目标航向天线阵的航道和余隙信号的信号幅值的分布曲线。

图5是本发明的目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法在完成后的效果图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

本发明提供了一种目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法，如图1所示，其包括以下步骤：

步骤S1：确定航向天线阵1的中心位置，将该中心位置作为一第一圆弧的圆心。

其中，所述航向天线阵1包括多个平行等间隔排列的天线11。若该天线11的数目为奇数，则位于最中心的天线11的几何中心为航向天线阵1的中心位置，若天线11的数目为偶数，位于最中间的两个天线11的几何中心连线的中点为航向天线阵1的中心位置；随后记为第一圆弧的圆心，如图1 所示，所述第一圆弧的圆心为O点。

步骤S2：选取所述第一圆弧的半径，并在所述航向天线阵1的前方区域作出所述第一圆弧。

在所述步骤S2中，所述第一圆弧的半径根据航向天线阵1的前方区域地形地貌，在50m到200m之间选取，从而寻找到适合实现本发明的快速简易定位方法的位置(如草地，沙地，水泥地或柏油地)。通常，所述第一圆弧的半径取r＝150m。此外，第一圆弧的半径的取值也可根据研究需要自由选择。

步骤S3：在所述第一圆弧上标记所述第一圆弧的零度方位点D0。其中，所述第一圆弧的零度方位点为位于所述第一圆弧上且位于所述航向天线阵1 的正前方的点。步骤S3具体包括：

步骤S31：采用一对长度相同的绳子，分别以一端为基准端进行标记，得到标记点；

其中，所述标记点的数量为三对，分别为第一、第二、第三标记点。所述绳子的长度大于所述第一圆弧的半径r，所述第一、第二、第三标记点分别位于相对于基准端长度为r+10m，r和r-10m的位置。

此外，在其他实施例中，所采用的所述绳子的数量可以为一对或多对，且每一对绳子上分别对应一对或多对标记点。

步骤S32：以第一圆弧的圆心(O点)为射线端点，分别将这两个绳子的基准端固定在所述航向天线阵1的最外侧的两个天线11上，拉动绳子使两个绳子的标记点分别相交于航向天线阵1正前方，并标记相交点；

其中，在拉动绳子使两个绳子的标记点分别相交于航向天线阵1正前方时，应尽可能保持每个绳子的基准端和标记点在同一高度。

所述标记点为第一、第二、第三标记点，且所述相交点为第一、第二、第三相交点01、02、03。

步骤S33：将所述第一圆弧的圆心到相交点01、02、03的线段记为零度方位，并将零度方位与所述第一圆弧的交点标记为所述第一圆弧的零度方位点D0。

此外，在该步骤S33中，还可以包括：确认所述第一圆弧的圆心(O 点)、第一、第二、第三相交点01、02、03是否在同一直线上，若不在同一直线上，则重复步骤S31-S32；或者可以包括：在每个相交点上固定一绳子，分别测量每个相交点到最外侧的两个天线11的距离是否相同，若不相同，则重复步骤S31-S32。

由此，本发明根据等边三角形性质，保证绳子所构成的三角形顶点到底边(即航向天线阵1)的中点所在直线与底边垂直，该零度方位即为天线阵正前方，其垂直于天线阵所在直线的方位，天线阵与该零度方位是垂直的。

步骤S4：在所述第一圆弧上定位并标记各个度量点的位置。

其中，所述度量点包括：5°点、10°点、15°点、20°点、25°点、30°点、 35°点和40°点。所述步骤S4具体包括：

步骤S41：如图2A所示，在所述第一圆弧上定位40°点；

所述步骤S41包括：

步骤S411：计算40°弦的长度x40；

40°弦的长度x40为：

x40＝2r*sin20°，

其中，r为所述第一圆弧的半径。

步骤S412：制作一个具有40°弦的长度x40的绳子，以零度方位点D0 为圆心作一第二圆弧，并将该第二圆弧与第一圆弧的交点标记为40°点D40。

步骤S42：如图2B所示，在所述第一圆弧上定位20°点D20。

步骤S42与所述步骤S41类似，所述步骤S42包括：

步骤S421：计算20°弦的长度x20，

x20＝2r*sin10°，

其中，r为所述第一圆弧的半径。

步骤S422：制作一个具有20°弦的长度x20的绳子，以零度方位点D0 为圆心作一第三圆弧，并将该第三圆弧与第一圆弧的交点标记为20°点D20。此外，通过40°点与中心位置的连线是否经过x40中点位置来验20°点D20的位置的正确性。

步骤S43：如图2C所示，在所述第一圆弧上定位10°点D10，具体包括：

步骤S431：计算10°弦的长度x10；

x10＝2r*sin5°，

其中，r为所述第一圆弧的半径。

步骤S432：制作一个具有10°弦的长度x10的绳子，以零度方位点D0、 20°点D20为圆心分别作一第四圆弧，并将该第四圆弧与第一圆弧的交点标记为10°点D10和30°点D30。此外，通过20°点与中心位置的连线是否经过x20 中点位置来验10°点D10、30°点D30的位置的正确性。

步骤S44：如图2D所示，在所述第一圆弧上定位5°点，具体包括：

步骤S441：计算5°弦的长度x5，

x5＝2r*sin2.5°，

其中，r为所述第一圆弧的半径。

步骤S442：制作一个具有5°弦的长度x5的绳子，以零度方位点D0、 10°点D10、20°点D20和30°点D30为圆心分别作一第五圆弧，并将该第五圆弧与第一圆弧的交点标记为5°点D05、15°点D15、25°点D25、35°点D35。此外。通过10°点与中心位置的连线是否经过x10中点位置来验5°点位置的正确性。

步骤S5：如图3所示，根据所需精度在所述第一圆弧上进行1°和0.1°间隔定位和标记，具体包括：

步骤S51：进行1°间隔定位和标记，具体包括：

步骤S511：将具有5°弦的长度x5的绳子作五等分，得到具有1°弦的长度x1的绳子。

1°弦的长度为：x1＝x5/5。

1°弦的长度不需要用弧度计算，因为在小角度情况下，根据近似(这个近似在工程测量上完全满足误差要求)关系，以弦的长度来替代弧线的长度。

弧度为x的弦其长度l为：

弧度为x的弧其长度h为：

h＝xr

小角度情况下有：

x≈sinx

故有：

因此在角度很小的情况下，圆弧近似等于其对应的弦的长度，虽然分割后的点，不在半径对应的圆弧上，但其误差微乎其微，完全可以接受。

步骤S512：采用所述具有1°弦的长度x1的绳子，以各个度量点为圆心定位和标记多个分割点，并以所述分割点为圆心再次定位和标记分割点，直到标记所有分割点。

其中，所述分割点包括1°，2°，3°，4°点，以及6°至39°中的所有类似的点。

步骤S52：确定高精度定位区域，具体包括：对在所述第一圆弧的半径的距离下的航道和余隙信号的信号幅值的分布曲线进行比较，得到两者的等值点所对应的方位角，将等值点所对应的方位角附近的区域定义为高精度定位区域。由于在两个单一的航道和余隙信号幅值接近的情况下，如果两个信号同时发出，接收机显示得到的最终信号，是有待研究的，其值大等于其中任何一个单一信号的幅度，且小于两者的和。当两个信号的差距较大时，接收机显示最终信号是其中较大的那个信号，航道和余隙信号的交点的位置附近的角度变化特别敏感，所以要提高测试精度，所以该区域需要被定义为高精度定位区域。

其中，在测试半径距离下航道和余隙信号的信号幅度的分布曲线根据天线分配单元的天线分布特征以及每个天线的馈电关系，通过计算分别得出，其横坐标为方位角，纵坐标为幅值，两者的交点即为等值点，对应的方位角定位为θ_c。此外，方位角θ_c的值需要理论计算得到的，不同天线阵，不同的测试半径，这个值是不同的，本发明以7220A型号为例，对于20单元的航向天线，100m处约为7°，200m处约为8°。这个点的理论值是需要事前计算的，若无法计算，可以估算，一般在近场100m以外在5～10°，图4给出了这个值的区间，如图4中加粗的黑色弧线所示。

步骤S53：在高精度定位区域进行0.1°间隔定位和标记。

具体来说，如图5所示，对于等值点所对应的方位角θ_c，在该等值点所对应的方位角θ_c±3°范围以内按0.1°间隔标记，在等值点所对应的方位角θ_c±10°范围内按0.5°间隔标记，在等值点所对应的方位角θ_c±10°范围以外以1°间隔标记。根据图5的交点方位角定出高精度位置，重复对称半边操作，最后效果如图5所示，其中黑色圆弧区表示高精度定位区域。对于某些角度，需要更高精度的定位，如研究双频航向天线的捕获效应，需要探测航道和余隙幅度相同方位角上的射频。

在所述步骤S53中，在进行0.1°间隔定位时，将弦x1长度的线作十等分，得到x0.1，即x0.1＝x1/10。随后直接在弦x1上定位所需角度的0.1°位置。对于半径为150m的圆弧，将1°十等分后得到0.1°间隔的弦，与弧线位置距离差约为2cm，所以可以用弦的位置替代弧线的位置，直接做好标记。

其中，在上述的步骤S3-S5中，在进行标记时采用的标记方法为：一般所述航向天线阵1的前方区域的地形地貌为草地，沙地，或者水泥地，柏油地，若所述航向天线阵1的前方区域为草地或沙地，则可以用竹签木棒等杆体插入土地定位；若所述航向天线阵1的前方区域为水泥地或柏油地，则用喷漆方法标记。

其中，在步骤S4中，在标记各个度量点的位置时，即对于5°，10°， 15°…40°等大角度，若采用杆体插入土地来标记，则在杆体上绑布块写明度数，若采用喷漆方法标记，则在度量点外侧喷画出度数。对于1°和0.1°间隔，只要杆体插入土地定位，用喷漆方法标记时喷出醒目圆点即可。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法，其特征在于，包括：

步骤S1：确定航向天线阵的中心位置，将该中心位置作为一第一圆弧的圆心；

步骤S2：选取所述第一圆弧的半径，并在所述航向天线阵的前方区域作出所述第一圆弧；

步骤S3：采用一对长度相同的绳子在所述第一圆弧上标记所述第一圆弧的零度方位点；

步骤S4：在所述第一圆弧上定位并标记各个度量点的位置；

步骤S5：根据所需精度在所述第一圆弧上进行1°和0.1°间隔定位和标记。

2.根据权利要求1所述的目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法，其特征在于，在所述步骤S3-S5中，在进行标记时采用的标记方法为：若所述航向天线阵的前方区域为草地或沙地，则采用杆体插入土地来标记；若所述航向天线阵的前方区域为水泥地或柏油地，则采用喷漆方法标记。

3.根据权利要求2所述的目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法，其特征在于，在步骤S4中，在标记各个度量点的位置时，若采用杆体插入土地来标记，则在杆体上绑布块写明度数，若采用喷漆方法标记，则在度量点外侧喷画出度数。

4.根据权利要求1所述的目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述航向天线阵包括多个平行等间隔排列的天线， 若该天线的数目为奇数，则位于最中心的天线的几何中心为航向天线阵的中心位置，若天线的数目为偶数，位于最中间的两个天线的几何中心连线的中点为航向天线阵的中心位置。

5.根据权利要求1所述的目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述第一圆弧的半径根据航向天线阵的前方区域地形地貌，在50m到200m之间选取。

6.根据权利要求1所述的目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

步骤S31：采用一对长度相同的绳子，分别以一端为基准端进行标记，得到标记点；

步骤S32：以第一圆弧的圆心为射线端点，分别将这两个绳子的基准端固定在所述航向天线阵的最外侧的两个天线上，拉动绳子使两个绳子的标记点分别相交于航向天线阵正前方，并标记相交点；

步骤S33：将所述第一圆弧的圆心到相交点的线段记为零度方位，并将零度方位与所述第一圆弧的交点标记为所述第一圆弧的零度方位点。

7.根据权利要求6所述的目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法，其特征在于，

在所述步骤S31中，所述标记点为第一、第二、第三标记点；

在所述步骤S32中，所述标记点为第一、第二、第三标记点，且所述相交点为第一、第二、第三相交点，

在该步骤S33中，还包括：确认所述第一圆弧的圆心、第一、第二、第三相交点是否在同一直线上，若不在同一直线上，则重复步骤S31-S32；或者包括：在每个相交点上固定一绳子，分别测量每个相交点到最外侧的两个天线11的距离是否相同，若不相同，则重复步骤S31-S32。

8.根据权利要求1所述的目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述度量点包括：5°点、10°点、15°点、20°点、25°点、30°点、35°点和40°点，所述步骤S4包括：

步骤S41：在所述第一圆弧上定位40°点，包括：

步骤S411：计算40°弦的长度；

步骤S412：制作一个具有40°弦的长度的绳子，以零度方位点为圆心作一第二圆弧，并将该第二圆弧与第一圆弧的交点标记为40°点；

步骤S42：在所述第一圆弧上定位20°点，包括：

步骤S421：计算20°弦的长度；

步骤S422：制作一个具有20°弦的长度的绳子，以零度方位点为圆心作一第三圆弧，并将该第三圆弧与第一圆弧的交点标记为20°点；

步骤S43：在所述第一圆弧上定位10°点，包括：

步骤S431：计算10°弦的长度；

步骤S432：制作一个具有10°弦的长度的绳子，以零度方位点、20°点为圆心分别作一第四圆弧，并将该第四圆弧与第一圆弧的交点标记为10°点和30°点；

步骤S44：在所述第一圆弧上定位5°点，包括：

步骤S441：计算5°弦的长度；

步骤S442：制作一个具有5°弦的长度的绳子，以零度方位点、10°点、20°点和30°点为圆心分别作一第五圆弧，并将该第五圆弧与第一圆弧的交点标记为5°点、15°点、25°点、35°点。

9.根据权利要求1所述的目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

步骤S51：进行1°间隔定位和标记；

步骤S52：确定高精度定位区域；

步骤S53：在高精度定位区域进行0.1°间隔定位和标记。

10.根据权利要求9所述的目标航向天线阵的近场信号测试点的快速简易定位方法，其特征在于，所述步骤S52包括：对在所述第一圆弧的半径的距离下的航道和余隙信号的信号幅值的分布曲线进行比较，得到两者的等值点所对应的方位角，将等值点所对应的方位角附近的区域定义为高精度定位区域。

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